O efeito Hall quântico surge em gases de elétrons bidimensionais (2DEG) na presença de altos campos magnéticos B. O campo magnético quantiza o movimento planar dos elétrons em órbitas ciclotrônicas caracterizadas pelos níveis de Landau. Neste regime a resistividade transversal (ou Hall) ρxy em função de B exibe platôs em submúltiplos inteiros de e2/h, i.e., ρxy = ν-1 e2/h, sendo ν o fator de preenchimento dos níveis de Landau. Por sua vez, a resistividade longitudinal ρxx apresenta picos nas transições entre platôs de ρxy. Em primeira instância, ρxx é uma medida indireta da densidade de estados no nível de Fermi g(εF), e os picos dos mesmos indicam cruzamentos do nível de Fermi εF com niveis de Landau. Assim, o diagrama de densidade de elétrons n2D e B dos picos de ρxx ~ g(εF) fornece um mapa topológico da estrutura eletrônica do sistema. Em sistemas de duas subbandas, ρxx(n2D, B) exibe estruturas em forma de anel devido a cruzamentos de níveis de Landau de subbandas distintas [experimentos do grupo do Prof. Jiang (UCLA)]. Estes cruzamentos podem ainda levar a instabilidades ferromagnéticas. Investigamos estas instabilidades usando a teoria do funcional da densidade (DFT) para o cálculo da estrutura eletrônica, e o modelo de Ando (formalismo de Kubo) para o cálculo de ρxx e ρxy. Para temperaturas mais altas (340 mK) obtemos as estruturas em forma de anel em ρxx. Para temperaturas mais baixas (70 mK), observamos uma quebra dos anéis devido a transições de fase ferromagnéticas. Variando-se o ângulo θ de B com relação ao 2DEG observa-se o encolhimento do anel. Nossos resultados mostram que o ângulo de colapso total do anel depende de uma competição entre o termo de troca da interação de Coulomb (princípio de Pauli) e cruzamentos evitados devido ao ângulo θ finito. As transições de fase exibem ainda o fenômeno de histerese. Na região de instabilidade ferromagnética obtemos diferentes soluções variando B de forma crescente ou decrescente. Estas soluções possuem energias total diferentes, de forma que representam estados fundamental e excitado de muitos corpos. Esta observação, juntamente com resultados anteriores do grupo [Freire & Egues (2007)], representam as primeiras realizações teóricas da previsão da possibilidade de estados excitados como mínimos locais do funcional de energia do estado fundamental [Perdew & Levy (1985)]. O modelo aqui proposto fornece excelente acordo com os experimentos considerados. Adicionalmente, a observação sistemática e experimentalmente verificada dos estados excitados valida as previsões de Perdew & Levy. Aplicamos ainda estas mesmas ideias no cálculo da estrutura eletrônica e condutância de fios quânticos na presença de campos magnéticos, mostrando que cruzamentos de modos transversais também exibem instabilidades ferromagnéticas observadas em experimentos recentes [Dissertação de Mestrado de Filipe Sammarco, IFSC/USP], fortalecendo a validade do modelo apresentado nesta tese. / The quantum Hall effect arises in two dimensional electron gases (2DEG) under high magnetic fields B. The magnetic field quantizes the planar motion of the electrons into cyclotron orbits given by the Landau levels. In this regime the transversal (Hall) resistivity ρxy shows plateaus as a function of B at integer sub-multiples of e2/h, i.e., ρxy = ν-1 e2/h, where n is the filling factor of the Landau levels. The longitudinal resistivity ρxx shows peaks at the transition between the plateaus of ρxy. In principle, ρxx is an indirect measure of the density of states at the Fermi level g(εF), so that the peaks indicate when the Fermi level εF crosses a Landau level. Therefore, a density-B-field diagram n2D-B of the ρxx ~ g(εF) peaks shows a topological map of the electronic structure of the system. In two-subband systems, ρxx( n2D, B) shows ringlike structures due to crossings of spin-split Landau levels from distinct subbands [experiments from the group of Prof. Jiang (UCLA)] that could lead to ferromagnetic instabilities. We study these instabilities using the density functional theory (DFT) to calculate the electronic structure, and Ando\'s model (Kubo formalism) for ρxx and ρxy. At higher temperatures (340 mK) we also obtain the ringlike structures in ρxx. At lower temperatures (70 mK) we see broken rings due to quantum Hall ferromagnetic phase transitions. Tilting B by theta with respect to the 2DEG normal we find that the ring structure shrinks. Our results show that the angle of full collapse depends on a competition between the exchange term from the Coulomb interaction (Pauli principle) and the anticrossing of Landau levels due to the finite angle theta. Additionally, at the instabilities we observe hysteresis. Sweeping the B field up or down near these regions we obtain two different solutions with distinct total energies, corresponding to the ground state and an excited state of the many-body system. This result, together with previous results of our group [Freire & Egues (2007)], are the first realizations of the theoretical prediction of the possibility of excited states as local minima of the ground state energy functional [Perdew & Levy (1985)]. The model proposed here shows an excellent agreement with the experiments. Additionally, the systematic and experimentally verified observation of excited states corroborates the predictions of Perdew & Levy. Similar ideas as presented here when applied to the electronic structure and conductance of quantum wires with an in-plane magnetic field show ferromagnetic instabilities at crossings of the wire transverse modes [Master Thesis of Filipe Sammarco, IFSC/USP], also with excellent experimental agreement. This strengthen the range of validity of the model proposed in this Thesis.

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T19:09:49Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Siqueira_EzequielCosta_D.pdf: 16155551 bytes, checksum: 43337169b3f9ac0ffbe444e3859ff790 (MD5) Previous issue date: 2010 / Resumo: Neste trabalho é estudado o transporte quântico em nanoestruturas híbridas compostas por pontos quânticos (PQ) duplos acoplados a eletrodos supercondutores (S) e ferromagnéticos (F). A primeira nanoestrutura, denotada por F - PQa - PQb - S consiste em dois PQs em série acoplados a um eletrodo ferromagnético e outro supercondutor. O segundo sistema, denotado por (F1, F2) - PQa - PQb - S consiste em dois PQs em série acoplados a dois eletrodos ferromagnéticos e um supercondutor. Através do método de funções de Green de não equilíbrio foram obtidas expressões para a corrente elétrica, condutância diferencial, densidade local de estados (LDOS) e a transmitância para energias inferiores ao gap supercondutor. Neste regime, o mecanismo de transmissão de carga é a reflexão de Andreev, a qual permite controlar a corrente através da polarização do ferromagneto. A presença de interações nos PQs é considerada usando um tratamento de campo médio. Para o sistema F - PQa - PQb - S, as interações tendem a localizar os elétrons nos PQs levando a um padrão assimétrico da LDOS reduzindo a transmissão através da nanoestrutura. Em particular, a interação intra PQ levanta a degenerescência de spin reduzindo o valor máximo da corrente devido ao desequilíbrio nas populações de spin up e spin down. Regiões de condutância diferencial negativa (CDN) aparecem em determinados valores do potencial aplicado, como resultado da competição entre o espalhamento Andreev e as correlações eletrônicas. Aplicando-se um potencial de gate nos pontos quânticos é possível sintonizar o efeito mudando a região onde este fenômeno ocorre. Para o sistema (F1, F2) - PQa - PQb - S observou-se que o sinal da magnetoresistência pode mudar de positivo para negativo mudando-se o sinal do potencial aplicado. Além disso é possível controlar a corrente no primeiro eletrodo mudando-se o valor do potencial no segundo ferromagneto. Este tipo de controle pode ser interessante do ponto de vista de aplicações desde que é um comportamento similar a um transistor. Na presença de interações nos PQs, observou-se novamente regiões de CDN para determinados valores do potencial aplicado mesmo para quando os ferromagnetos estão completamente polarizados. Desta forma, a interação entre supercondutividade e correlações eletrônicas permitiu observar fenômenos originais mostrando que este sistemas podem ser utilizados em aplicações tecnológicas futuras / Abstract: In this work we studied the quantum transport in two hybrid nanostructures composed of double quantum dots (DQD)s coupled to superconductor (S) and ferromagnetic (F) leads. The first nanostructure, denoted by F - QDa - QDb - S, is composed of a ferromagnet, two quantum dots, and a superconductor connected in series. In the second nanostructure, denoted by ( F1, F2) - QDa - Q Db - S, a second ferromagnetic lead is added and coupled to the first QD. By using the non-equilibrium Green's function approach, we have calculated the electric current, the differential conductance and the transmittance for energies within the superconductor gap. In this regime, the mechanism of charge transmission is the Andreev re°ection, which allows for a control of the current through the ferromagnet polarization. We have also included interdot and intradot interactions, and have analyzed their influence through a mean field approximation. For the F - QDa - QDb - S system the presence of interactions tend to localize the electrons at the double-dot system, leading to an asymmetric pattern for the density of states at the dots, and thus reducing the transmission probability through the device. In particular, for non-zero polarization, the intradot interaction splits the spin degeneracy, reducing the maximum value of the current due to different spin-up and spin-down densities of states. Negative differential conductance (NDC) appears for some regions of the voltage bias, as a result of the interplay of the Andreev scattering with electronic correlations. By applying a gate voltage at the dots, one can tune the effect, changing the voltage region where this novel phenomenon appears. In the (F1, F2) - QDa - QDb - S, we have found that the signal of the magnetoresistance can be changed through the external potential applied in the ferromagnets. In addition, it is possible to control the current of the first ferromagnet (F1) through the potential applied in the second one (F2). This transistor-like behavior can be useful in technological applications. In the presence of interaction at the dots it was observed the NDC effect even when the electrodes were fully polarized. The results presented in this thesis show that the interplay between the superconductor correlation and electronic interactions can give rise to original effects which can be used in future technological applications / Doutorado / Física da Matéria Condensada / Doutor em Ciências

Orientador: Guillermo Gerardo Cabrera Oyarzun / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Fisica Gleb Wataghin / Made available in DSpace on 2018-09-24T18:55:27Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Garcia_FernandoAssis_M.pdf: 623202 bytes, checksum: ec47f534b74f1dafc10e8a0d7c031968 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo: Esta dissertação tem como objetivo apresentar um estudo da simetria do parâmetro de ordem em supercondutores ferromagnéticos. Nossa abordagem é inspirada na teoria de Landau para Transições de Fase de Segunda Ordem ou, de maneira mais precisa, na idéia que uma transição de fase de segunda ordem está acompanhada por uma redução na simetria do sistema. A nova fase passa a ser descrita por um subgrupo da fase de alta simetria, implicando consequências para o parâmetro de ordem, que em nosso caso determina a estrutura do gap supercondutor. A recente descoberta da coexistência de supercondutividade e ferromagnetismo revelou o problema da classificação das possíveis simetrias do parâmetro de ordem supercondutor quando o estado normal não possui simetria de reversão temporal. Veremos que o problema é resolvido quando a simetria do estado normal é descrita por grupos magnéticos ( ou co-grupos) e que a classificação dos estados supercondutores deve agora ser feita em termos das co-representações destes grupos / Abstract: In this dissertation, we present a study of the order-parameter symmetry in ferromagnetic superconductors. Our approach is inspired on the Landau Theory of Phase Trasition or, more precisely, on the idea that a second order phase transition is a symmetry breaking process where the ordered phase of the system is described by a subgroup of the highly symmetric one, leading to important consequences for the order parameter. In our case, it imposes constraints to the superconducting gap structure. The recent discovery of the coexistence of superconductivity and ferromagnetism brought the problem of the classification of such structures in the situation where time reversal symmetry is broken on the normal state. We argue that this problem is solved when one consider the description of such normal state by magnetic groups (or cogroups) and that the classification of the superconducting states must be done in terms of the corepresentations of such cogroups / Mestrado / Física da Matéria Condensada / Mestre em Física

No contexto de sistemas de baixa anisotropia, medidas de magnetização para verificar os efeitos magnéticos induzidos pela substituição do íon Mn+2 por Cu+2 em um quase unidimensional antiferromagneto tipo Heisenberg CsMn1-xCuxA3.2H2O (A = Cl, Br) foram feitas. Nas amostras diluídas com derivados de Br observamos o aparecimento de uma magnetização remanente abaixo de TN quando elas são resfriadas em um pequeno campo axial aplicado ao longo do eixo fácil. Isso não ocorre com as amostras diluídas com derivados de Cl. A troca intra-cadeia tanto com os compostos de Cl e Br é antiferromagnética, entretanto a troca entre-cadeias ao longo de eixo fácil é antiferromagnética no composto com Cl e ferromagnética com o Br. Esse fato parece ser determinístico no surgimento de momentos espontâneos abaixo de TN no composto com bromo. Além disso, medidas de magnetização do monocristal antiferromagnético de sítio diluído A2Fe1-xInxCl5.H2O (A = Cs) foram feitas em baixos campos magnéticos (H) aplicados ao longo do eixo de fácil magnetização. Os dados revelaram que uma magnetização remanente Mr se desenvolve abaixo a temperatura de Néel TN. Essa Mr(T) é paralela ao eixo fácil e satura para campos H ~ 1Oe e ela aumenta com decréscimo de T. Ela também possui uma dependência de temperatura como outros sistemas diluídos da mesma família (A = K, Rb). Para todos esses sistemas, a curva normalizada Mr(t)/ Mr(t = 0,3), onde t=T/TN é a temperatura reduzida, é independente de x e acompanha uma curva universal. No contexto de sistemas de alta anisotropia, a dependência da temperatura do excesso de magnetização em baixos e altos campos foi investigada para o antiferromagneto 3D de Ising FexZn1-xF2 (x = 0.72; 0.46 e 0.31) e também o sistema puro FeF2. Verificamos que Mr surge tanto paralela ou perpendicular ao eixo fácil. A magnitude de Mr, para baixos campos (H < 1 Oe) depende de H, mas satura para campos de alguns Oersted. O esperado comportamento de campo aleatório (RF), em campos altos, é observado quando H é aplicado ao longo do eixo fácil. / In the context of low anisotropy, the magnetization measurements to find out the magnetic effects induced by the substitution of Mn+2 by Cu+2 íons in the quaseone-dimensional Heisenberg-like antiferromagnets CsMn1-xCuxA3.2H2O (A = Cl,Br) were made. In the diluted samples of the Br derivative, we observe the appearance of a remanent magnetization (Mr) below TN when they are cooled in a small axial magnetic field applied along the easy axis. This does not occur in the diluted samples of the Cl derivative. The intra-chain exchange both in Cl and Br compounds is antiferromagnetic, however the inter-chain exhange along the easy axis is antiferromagnetic in the chloride compound and ferromagnetic in the bromide. This fact seems to be deterministic in the appearance of the net moments below TN in the bromide. Moreover, the magnetization measurements on single crystals of the sitediluted antiferromagnet A2Fe1-xInxCl5.H2O (A = Cs) were carried out at low magnetic fields (H) applied along the easy axis. The data revealed that a Mr develops below the Néel temperature TN. This Mr(T) is parallel to the easy axis , saturates for H ~ 1 Oe and it increases with decreasing T. It has also temperature dependence as another diluted systems of the same family (A = K, Rb). For all these systems the normalized Mr(t)/Mr(t = 0,3), where t = T/TN is the reduced temperature, is independet of x and follow a universal curve. In the context of high anisotropy, the temperature dependence of the excess magnetization at low and high fields was investigated for the diluted antiferromagnet FexZn1-xF2 (x = 0.72; 0.46 and 0.31) and pure system FeF2 as well. It was found that Mr is either along the easy axis or perpendicular to it. The size of Mr for very low fields (H < 1 Oe) depends on H but it sature for fields of the order of few Oersteds. The expected random field (RF) behaivor is observed when H is applied along the easy axis at higher fields.

O efeito Hall quântico surge em gases de elétrons bidimensionais (2DEG) na presença de altos campos magnéticos B. O campo magnético quantiza o movimento planar dos elétrons em órbitas ciclotrônicas caracterizadas pelos níveis de Landau. Neste regime a resistividade transversal (ou Hall) &rho;xy em função de B exibe platôs em submúltiplos inteiros de e2/h, i.e., &rho;xy = &nu;-1 e2/h, sendo &nu; o fator de preenchimento dos níveis de Landau. Por sua vez, a resistividade longitudinal &rho;xx apresenta picos nas transições entre platôs de &rho;xy. Em primeira instância, &rho;xx é uma medida indireta da densidade de estados no nível de Fermi g(&epsilon;F), e os picos dos mesmos indicam cruzamentos do nível de Fermi &epsilon;F com niveis de Landau. Assim, o diagrama de densidade de elétrons n2D e B dos picos de &rho;xx ~ g(&epsilon;F) fornece um mapa topológico da estrutura eletrônica do sistema. Em sistemas de duas subbandas, &rho;xx(n2D, B) exibe estruturas em forma de anel devido a cruzamentos de níveis de Landau de subbandas distintas [experimentos do grupo do Prof. Jiang (UCLA)]. Estes cruzamentos podem ainda levar a instabilidades ferromagnéticas. Investigamos estas instabilidades usando a teoria do funcional da densidade (DFT) para o cálculo da estrutura eletrônica, e o modelo de Ando (formalismo de Kubo) para o cálculo de &rho;xx e &rho;xy. Para temperaturas mais altas (340 mK) obtemos as estruturas em forma de anel em &rho;xx. Para temperaturas mais baixas (70 mK), observamos uma quebra dos anéis devido a transições de fase ferromagnéticas. Variando-se o ângulo &theta; de B com relação ao 2DEG observa-se o encolhimento do anel. Nossos resultados mostram que o ângulo de colapso total do anel depende de uma competição entre o termo de troca da interação de Coulomb (princípio de Pauli) e cruzamentos evitados devido ao ângulo &theta; finito. As transições de fase exibem ainda o fenômeno de histerese. Na região de instabilidade ferromagnética obtemos diferentes soluções variando B de forma crescente ou decrescente. Estas soluções possuem energias total diferentes, de forma que representam estados fundamental e excitado de muitos corpos. Esta observação, juntamente com resultados anteriores do grupo [Freire & Egues (2007)], representam as primeiras realizações teóricas da previsão da possibilidade de estados excitados como mínimos locais do funcional de energia do estado fundamental [Perdew & Levy (1985)]. O modelo aqui proposto fornece excelente acordo com os experimentos considerados. Adicionalmente, a observação sistemática e experimentalmente verificada dos estados excitados valida as previsões de Perdew & Levy. Aplicamos ainda estas mesmas ideias no cálculo da estrutura eletrônica e condutância de fios quânticos na presença de campos magnéticos, mostrando que cruzamentos de modos transversais também exibem instabilidades ferromagnéticas observadas em experimentos recentes [Dissertação de Mestrado de Filipe Sammarco, IFSC/USP], fortalecendo a validade do modelo apresentado nesta tese. / The quantum Hall effect arises in two dimensional electron gases (2DEG) under high magnetic fields B. The magnetic field quantizes the planar motion of the electrons into cyclotron orbits given by the Landau levels. In this regime the transversal (Hall) resistivity &rho;xy shows plateaus as a function of B at integer sub-multiples of e2/h, i.e., &rho;xy = &nu;-1 e2/h, where n is the filling factor of the Landau levels. The longitudinal resistivity &rho;xx shows peaks at the transition between the plateaus of &rho;xy. In principle, &rho;xx is an indirect measure of the density of states at the Fermi level g(&epsilon;F), so that the peaks indicate when the Fermi level &epsilon;F crosses a Landau level. Therefore, a density-B-field diagram n2D-B of the &rho;xx ~ g(&epsilon;F) peaks shows a topological map of the electronic structure of the system. In two-subband systems, &rho;xx( n2D, B) shows ringlike structures due to crossings of spin-split Landau levels from distinct subbands [experiments from the group of Prof. Jiang (UCLA)] that could lead to ferromagnetic instabilities. We study these instabilities using the density functional theory (DFT) to calculate the electronic structure, and Ando\'s model (Kubo formalism) for &rho;xx and &rho;xy. At higher temperatures (340 mK) we also obtain the ringlike structures in &rho;xx. At lower temperatures (70 mK) we see broken rings due to quantum Hall ferromagnetic phase transitions. Tilting B by theta with respect to the 2DEG normal we find that the ring structure shrinks. Our results show that the angle of full collapse depends on a competition between the exchange term from the Coulomb interaction (Pauli principle) and the anticrossing of Landau levels due to the finite angle theta. Additionally, at the instabilities we observe hysteresis. Sweeping the B field up or down near these regions we obtain two different solutions with distinct total energies, corresponding to the ground state and an excited state of the many-body system. This result, together with previous results of our group [Freire & Egues (2007)], are the first realizations of the theoretical prediction of the possibility of excited states as local minima of the ground state energy functional [Perdew & Levy (1985)]. The model proposed here shows an excellent agreement with the experiments. Additionally, the systematic and experimentally verified observation of excited states corroborates the predictions of Perdew & Levy. Similar ideas as presented here when applied to the electronic structure and conductance of quantum wires with an in-plane magnetic field show ferromagnetic instabilities at crossings of the wire transverse modes [Master Thesis of Filipe Sammarco, IFSC/USP], also with excellent experimental agreement. This strengthen the range of validity of the model proposed in this Thesis.

Neste trabalho foram produzidos filmes finos de Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) e válvulas de spin de Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta via Sputtering, e seus comportamentos magnéticos foram estudados analisando curvas de inversão de primeira ordem (First Order Reversal Curves, FORCs). Um Modelo de Preisach com Exchange-Bias foi desenvolvido e sua implementação computacional permitiu simular a histerese e as curvas forcas das bicamadas de NiFe/FeMn. O modelo também permitiu reproduzir os comportamentos assimétricos dos dois ramos da curva de histerese destes filmes. A análise dos resultados evidenciou os efeitos de campo médio sobre a camada de Py em função da espessura da camada de FeMn. A aplicação da análise FORC nas válvulas de spin se revelou interessante para estudar o grau de acoplamento entre as camadas livre e pressa, assim como os efeitos de campo médio em cada camada. / In this work, thin films of Si[100]/buffer/NiFe/FeMn/Ta (buffer = Cu; Ta) and spin valves of Si[100]/Cu/NiFe/Cu/NiFe/FeMn/Ta were produced via sputtering and their magnetic behavior were studied by First Order Reversal Curves (FORC\'s) analysis. A Preisach Model with Exchange-Bias was developed and applied in order to simulate the hysteresis and the first order reversal curves of the NiFe/FeMn bilayers. In addition, the model allowed to reproduce the asymmetric behaviors present in both branches of the hysteresis curve in these films. The study put in evidence the mean field effects on de Py layer as a function of the thickness of the FeMn layer. The application of the FORC analysis in the spin valves was interesting to study the degree of coupling between the free and the pressed layers, as well as the effect of mean field in each layer.

By exploiting the versatility of ultracold atoms experiments, a variety of many-body phe- nomena can be studied. Ferromagnetism in a trapped ultracold gas of repulsively interacting fermions is considered within a local-density approximation and beyond, where energetic sig- natures indicate its onset. Transport of a Bose-Einstein condensate is explored experimentally in a tunable double-well potential, and a crossover from hydrodynamic to Josephson transport is observed as the barrier between condensates is raised. To add a degree of freedom for the manipulation of ultracold gases, two schemes for species-specific optical lattices are developed theoretically.

<p>This thesis presents transverse magnetoresistance (MR) and Hall resistivity measurements of nickel thin films at temperatures between 280 and 455 K and pressures up to 6 GPa. An experimental system was developed for conducting precise magnetotransport measurements using the current reversal and van der Pauw techniques in combination with a 10 T superconducting magnet. Polycrystalline Ni_0.985O_0.015 thin film samples were manufactured with preexisting point contacts allowing highly reproducible magnetotransport measurements at pressure in the diamond anvil cell (DAC).</p><p>The magnetic resistivity above the technical saturation of the magnetization was found to decrease linearly to the highest applied fields, 10 T, while the field derivative, 0.010-0.018 µΩ cm T^-1 between 280 and 316 K, increased with temperature and decreased with pressure. The decrease in the magnetoresistance is attributed to spin wave damping of electron-magnon scattering processes at high fields. The magnon mass, 535(14) meV Ų at 0 K and 0 GPa, determined from longitudinal magnetic resistivity theory is a slightly increasing function of pressure. Correlation between the zero field resistivity and the extraordinary Hall coefficient (EHC) confirmed side jump scattering as the dominant diffusion mechanism at 0 GPa, however, skew scattering was found to become increasingly important with pressure.</p><p>The effect of oxygen and pressure on the density of states (DOS) at the Fermi level was investigated through total energy band structure calculations using a periodic supercell of 64 atoms to simulate the sample chemistry. The DOS of Ni_0.985O_0.015 at the Fermi level was found to increase by 27% at 10 GPa relative to 0 GPa. However, when compared to the results for pure Ni, decreases of 60% and 23% occurred for the corresponding calculations at 0 and 10 GPa. The relative differences in the magnetic resistivity are attributed to competing effects between the DOS, average magnetic moment and magnon mass.</p><p>The technique developed for conducting magnetotransport measurements at pressure is applicable to the study of electronic diffusion in ferromagnets as well as geophysical problems such as the geodynamo.</p>

<p>The present thesis deals with the application of <i>ab-initio</i> electronic structure calculations based on density functional theory for material design.</p><p>The correlation between magnetic properties and electronic structures has been investigated in detail for diluted magnetic semiconductors (DMS), which have promising application for spintronics devices. The point defects, acting as electron donor or electron acceptor, have been studied for their key role in mediating the long ranged ferromagnetic interaction between transition metal (TM) ions. The electron holes induced by electron acceptor are completely spin polarized in semiconductor and exhibit a very significant efficiency to the ferromagnetic coupling between TM ions. While the electron donor shows a negative effect to the ferromagnetism in the system. The common trend of magnetic interaction and electron charge transfer between TM ions and electron acceptors or electron donators have been outlined. The Coulomb correlation <i>U</i> of <i>d</i> electrons, which could change the energy levels of TM <i>d</i> band respective to the host semiconductor band, also shows a significant influence on the magnetic behavior in DMS. </p><p>The crystallography phase transition under high pressure has also been studied for the iron doped with light element, carbon. Our calculated results show that interstitial carbon defect has little effect on the iron's bcc to hcp phase transition under high pressure. The other carbon iron phases, like Fe₃C, has also been studied in a wide pressure range.</p><p>We also present a first-principles description on the temperature dependence of elastic constant for solids. The total temperature effects are approximated as a sum of two separated parts, the thermal expansion contribution, which gives the normal linearly decreasing effect on the elastic constant with increasing temperature, and the electronic band contribution, which could lead anomalous behavior for thermal elastic constants.</p>

This thesis presents transverse magnetoresistance (MR) and Hall resistivity measurements of nickel thin films at temperatures between 280 and 455 K and pressures up to 6 GPa. An experimental system was developed for conducting precise magnetotransport measurements using the current reversal and van der Pauw techniques in combination with a 10 T superconducting magnet. Polycrystalline Ni0.985O0.015 thin film samples were manufactured with preexisting point contacts allowing highly reproducible magnetotransport measurements at pressure in the diamond anvil cell (DAC). The magnetic resistivity above the technical saturation of the magnetization was found to decrease linearly to the highest applied fields, 10 T, while the field derivative, 0.010-0.018 µΩ cm T-1 between 280 and 316 K, increased with temperature and decreased with pressure. The decrease in the magnetoresistance is attributed to spin wave damping of electron-magnon scattering processes at high fields. The magnon mass, 535(14) meV Å2 at 0 K and 0 GPa, determined from longitudinal magnetic resistivity theory is a slightly increasing function of pressure. Correlation between the zero field resistivity and the extraordinary Hall coefficient (EHC) confirmed side jump scattering as the dominant diffusion mechanism at 0 GPa, however, skew scattering was found to become increasingly important with pressure. The effect of oxygen and pressure on the density of states (DOS) at the Fermi level was investigated through total energy band structure calculations using a periodic supercell of 64 atoms to simulate the sample chemistry. The DOS of Ni0.985O0.015 at the Fermi level was found to increase by 27% at 10 GPa relative to 0 GPa. However, when compared to the results for pure Ni, decreases of 60% and 23% occurred for the corresponding calculations at 0 and 10 GPa. The relative differences in the magnetic resistivity are attributed to competing effects between the DOS, average magnetic moment and magnon mass. The technique developed for conducting magnetotransport measurements at pressure is applicable to the study of electronic diffusion in ferromagnets as well as geophysical problems such as the geodynamo.